第四章 糖代谢与调节.ppt

代谢控制发酵 Chapter 4 糖代谢与控制 第一节 糖代谢与调节 CO2的固定反应 电子传递系统与氧化磷酸化 1.生物氧化：在生物体内生物酶的催化作用下，凡是能通过氧化作用释放能量的反应都称为生物氧化作用。 过程：脱氢、递氢、受氢 2、呼吸链：从代谢物脱下的氢，经过一系列传递体，最终传给分子氧生成水的全部体系称为呼吸链。又称为电子传递体系。 根据代谢物脱下的氢的最初受体不同，分为NADH呼吸链和FADH2呼吸链。 3、氧化磷酸化：以代谢物进行生物氧化所产生的能量合成高能化合物（如ATP）的过程称为氧化磷酸化。 4、P/O比值：表示氧的消耗与ATP生成的个数间的关系，即每消耗1摩尔氧所消耗无机磷的摩尔数，它表明每消耗1摩尔的氧所能生成的ATP分子个数的多少。NADH呼吸链P/O=3，FADH2 呼吸链P/O=2。 二、糖代谢的调节－能荷的调节 1、能荷的概念（energy charge） 能荷是一个表示细胞能量状态的参数。是细胞中所含腺 苷酸中含有相当于ATP的数量百分比，其表示式为：能荷=（[ATP]+0.5[ADP]）/（[ATP]+[ADP]+[AMP]）×100% 当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1； 当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0.5； 当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0 当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时，能荷大小随 三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。 在某种意义上，可把ATP当作糖代谢的末端产物。当ATP过量时会对合成ATP系统产生反馈抑制。当ATP分解为ADP、AMP 、Pi时。将其能量供给合成反应时，ATP生物合成的反馈调节被解除，ATP又得以合成。因此，能量不仅调节生成ATP的分解代谢酶类的活性，也能调节利用ATP的生物合成酶类的活性。糖代谢和中心代谢途径中的酶活性受能荷的调节。 当能荷降低时：则激活催化糖分解，（能量生成）酶系，或解除ATP对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、反丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶，1、6磷酸果糖酯酶，从而加速糖分解和TCA的产能代谢。 当能荷升高时：细胞中AMP，ADP转变为ATP，这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA环中的关键酶（如糖原磷酸化酶，磷酸果糖激酶，柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶）并激活糖类合成酶（糖原合成酶、1、6-P-果糖酯酶）从而抑制糖的分解，加速糖原的合成。 第二节 D-核糖发酵 （一）D-核糖发酵机制 （二）D-核糖发酵的代谢控制育种 1、出发菌株选择 芽孢杆菌属的细菌转酮酶缺陷突变株积累D-核糖具有普遍性。而E.coli、鼠伤寒沙门氏等细菌的转酮酸缺陷突变株并不积累核糖，都采用芽孢杆菌属细菌。 2、转酮酶缺陷突变株的分离（选育） （1）选育不利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖的突变株，因为D-葡萄糖酸和L-阿拉伯糖必须通过磷酸戌糖途径进行代谢，若转酮酶发生缺陷，那样菌体自然也就不能利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖。 （2）选育莽草酸缺陷突变株 （3）选育L-色氨酸-、L-酪氨酸-、L-phe-、CoQ-、Vk-或叶酸缺陷突变、4-磷酸赤藓糖合成受阻、 转酮酶-、转醛酶-。 3、其它标记 在维持转酮酶缺陷的情况下，进一步诱变使菌体带上具有高葡萄糖脱氢酶活性和丧失孢子形成能力，可使D-核糖大量积累。 4、利用基因工程 日本岩木盾等人首先将枯草杆菌染色体DNA中的转酮酶基因克隆到载体质粒PUB110中，然后将氯霉素酰基转移酶基因插入到转酮酶基因之中，造成转酮酶基因的不可逆失活。经限制性内切酶Smal切后得到线状重组质粒，将该线状重组质粒转化到枯草杆菌宿主菌中，构建转酮酶失活的D-核糖工程菌株。其核糖产量达52g/L。小林等人将葡萄糖脱氢酶基因克隆到载体质粒PHY300PLK中，然后转化到枯草芽孢杆菌中去。构建扩增葡萄糖脱氢酶的D-核糖工程菌，350C发酵80h可积累49g/LD-核糖。 5、增加前体物的合成。 6、切断核糖向下代谢的途径。 7、选育耐高渗透压突变株。 8、防回复突变，注意菌种纯化，减少传代次数。 9、发酵控制 发酵培养基： 碳源：葡萄糖、D-甘露糖、山梨醇、D-甘露醇、麦芽糖、乳糖、甘油、 糊精、可溶性淀粉等。 氮源：干酵母、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨 、玉米浆 、（NH4）2SO4、CaCO3 。 要在好气条件下，pH中性，温度370C 。 第三节 柠檬酸发酵 4、选择耐高渗透压的突变株。 （高糖、高柠檬酸的培养基中能生长） 5、选择不分解利用柠